ΔΠΜΣ/ΣΚΥΕ Διάλεξη 3 η Ήλοι ολόσωμης πάκτωσης Μέτρα Υποστήριξης Σηράγγων ΔΠΜΣ: Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπογείων Έργων ΑΙ Σοφιανός
Παράδειγμα συστηματικής ήλωσης 2
Διατρητικό φορείο ήλωσης ήλων σε τετραγωνικό κάνναβο 3
(1) Παθητικοί ήλοι CMC Συγκολλημένοι με τσιμεντένεμα Συγκολλημένοι με ρητίνη 4
Ήλοι πλήρως συγκολλημένοι (πλήρους πάκτωσης) Τυπικά στοιχεία ράβδου fu=570mpa, dn=20mm, Fy=120kN, Fu=180kN εu=15%, μάζα:2.6kg/m, διάτρημα: 35+/-5mm Τυπικά στοιχεία ράβδου fu=1100mpa, dn=20mm, Fy=283kN, Fu=345kN εu=9.5%, μάζα:2.6kg/m, διάτρημα: 35+/-3mm 5
Ήλοι τύπου PERFO 6
Τοποθέτηση ήλου πλήρους πάκτωσης (συγκόλλησης) 7
Τοποθέτηση ήλου perfo 8
Self-Drilling ήλος τύπου ELEBAR -SD. Ονομαστική εξωτερική διάμετρος ράβδου 25 32 mm Ονομαστική διάμετρος εσωτερικής οπής ράβδου 13 18 mm Βάρος ράβδου 2.35 3.65 Kg/m Ονομαστική αντοχή σε εφελκυσμό 770 770 MPa Ονομαστικό όριο διαρροής σε εφελκυσμό 645 645 MPa Φορτίο θραύσεως ράβδου σε εφελκυσμό 220 340 kn Φορτίο διαρροής σε εφελκυσμό 180 280 kn
Συρματόσχοινα Τυπικά στοιχεία: fu=1770mpa, dn=28mm, Fy=500kN, Fu=500kN εu=3%, μάζα=3.1kg/m διάτρημα:>35mm Πλεονεκτήματα Φθηνό Τοποθετείται σε οποιοδήποτε μήκος μέσα σε στενά ανοίγματα Αναλαμβάνει μεγάλα φορτία 10
Αξονικές και διατμητικές τάσεις Εντός της ράβδου Στην περιφέρεια της ράβδου Εγκάρσια στη ράβδο 11
Τάσεις σε απειροστό μήκος της ήλωσης 12
Διατμητική τάση A d σ τ = b b π d dx b 13
Ζώνη πλαστικής ροής και χαλαρωμένη ζώνη Αξονική δύναμη και τάση συνάφειας στον ήλο
Κατανομή της αξονικής τάσης κατά μήκος ήλου ολόσωμης πάκτωσης. Πάνω: Δοκιμή εξόλκευσης, (a) Χαμηλή φόρτιση, (b) Υψηλή φόρτιση. Κάτω: Επί τόπου ήλος σε λειτουργία. 15
Διατμητικές τάσεις στη χαλύβδινη ράβδο. 16
Αξονικές δυνάμεις και τάσεις συνάφειας Axial load (kn) κατά τη σύγκλιση σήραγγας Axisymmetric model GSI=50 - Associated flow rule 200 8 pi/p0=0.2 6 150 pi/p0=0.1 4 2 100 0-2 -4 50-6 -8 0-10 0.00 1.00 2.00 3.00 Distance from face plate (m) Shear stress (MPa)
Αξονική δύναμη κατά μήκος ήλου Axial load (kn) 700 600 500 400 300 200 100 Axisymmetric models 0 0.00 1.00 2.00 3.00 Distance from face plate (m) GSI=90 GSI=70 GSI=50 GSI=30
Κατανομή της διατμητικής τάσης αμέσως πριν την αποσύζευξη στο άκρο. 19
Κατανομή της διατμητικής τάσης και του αξονικού φορτίου ήλου ολόσωμης πάκτωσης με ένεμα, υποκείμενου σε αξονικό φορτίο 90 kn. 20
Κατανομή του αξονικού φορτίου κατά μήκος ήλου ολόσωμης πάκτωσης με ένεμα, σε διάφορα στάδια φόρτισης. 21
Αντενδείξεις ολόσωμης πάκτωσης Όπου δεν μπορεί να ελεγχθεί η ποιότητα του ενέματος Σε διατρήματα με συνεχή ροή νερού Όταν απαιτείται άμεση λειτουργία και το ένεμα είναι από τσιμέντο Όταν υπάρχουν ανοικτές ρωγμές και το ένεμα δεν μπορεί να ελεγχθεί Μη τανυμένα αγκύρια σε θέσεις που έχουν ήδη παραμορφωθεί πολύ Τανυμένα αγκύρια, κοντά σε μέτωπα, που θα παραμορφωθούν πολύ Τανυμένα αγκύρια σε θέσεις που αναμένονται ακαριαίες θραύσεις 22
Ήλοι από υαλονήματα Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν ξύλινα καρφιά σε θέσεις που θα απαιτείτο μηχανική όρυξη του πετρώματος. Σήμερα χρησιμοποιούνται καρφιά από ίνες γυαλιού που έχουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, ενώ επιτρέπουν την εύκολη κοπή τους. 23
(2) Παθητικοί ήλοι CFC Ήλοι τριβής Συνθλιβόμενοι ή Διογκούμενοι 24
Ήλοι τριβής (πλήρους πάκτωσης) Συνθλιβόμενος π.χ. : dn=39mm,fmin=90kn, Ftyp=130kN,εu=16% Μάζα=1.8kg/m, l=0.9-3m, dδ=35-38mm Διογκούμενος π.χ. : dn=41mm,t=2mm,fy=100kn,εu=10% Μάζα=2kg/m, dδ=35-39mm 25
Ήλος τύπου SPLIT SET 26
Ήλος τύπου SPLIT SET 27
Τοποθέτηση ήλων με αερόσφυρα. Άμεση υποστήριξη με μεταλλικό ορθοστάτη τριβής 28
Τοποθέτηση ήλων τριβής Split Set Swellex 29
Τοποθέτηση ήλων τύπου SWELLEX 30
Τοποθέτηση διογκούμενων ήλων Υποστήριξη Υπογείων Έργων Διάλεξη 7η, Ηλώσεις 31
Τυπικά δεδομένα διογκούμενων ήλων Υποστήριξη Υπογείων Έργων Διάλεξη 7η, Ηλώσεις 32
Ήλοι τύπου SWELLEX. Κατάσταση πριν και μετά την εισπίεση νερού 33
Άκρο ήλου τύπου SWELLEX 34
Δέσμη ήλων SWELLEX 35
Μηχανισμοί δράσης ήλων τύπου SWELLEX 36
Μηχανισμός δράσης ήλων τύπου SWELLEX 37
Εξοπλισμός εξόλκευσης. Υπόμνημα εξαρτημάτων Εξάρτημα Περιγραφή 1 Βάση έδρασης κυλίνδρου 2 Υδραυλικός κύλινδρος δυναμικότητας 30 tn 3 Πλάκα κεντραρίσματος 4 Ράβδος με σπείρωμα 5 Περικόχλιο με ενσωματωμένη ημισφαιρική έδρα 6 Περικόχλιο ασφαλείας 7 Σύνδεσμος 8 Εγκατεστημένος ήλος
Δοκιμή εξόλκευσης. Κατανομή της διατμητικής τάσης κατά μήκος ήλου ολόσωμης πάκτωσης με τριβή. 39
Κατανομή της διατμητικής τάσης και του αξονικού φορτίου κατά μήκος ήλου Swellex, για εφαρμοζόμενο φορτίο 5kN. 40
Κατανομή του αξονικού φορτίου κατά μήκος ήλου Swellex σε διάφορα στάδια φόρτισης. 41
Αντενδείξεις ήλων τριβής Ως μόνιμα μέτρα οπλισμού εκτός αν έχουν αντιδιαβρωτική προστασία Για αντίσταση σε διάτμηση Οι ηλώσεις Split Set σε στενές περιοχές ή σε θέσεις όπου η διάμετρος των διατρημάτων ελέγχεται δύσκολα ή σε πέτρωμα κατακερματισμένο ή χαλαρό Οι ηλώσεις Swellex σε περιοχές όπου αναμένονται μεγάλες παραμορφώσεις 42
(3) Ήλοι απορρόφησης ενέργειας 43
Οι ήλοι ακόμη χωρίζονται σε: ήλους οπλισμού (φορτίο ίσο με της εγγενούς αντοχής του), ήλους ενδοτικούς (μεγάλες παραμορφώσεις π.χ. Split Set), ήλους απορρόφησης ενέργειας (μεγάλη φέρουσα ικανότητα & μεγάλες παραμορφώσεις). Υψηλό φορτίο μεγάλες μετατοπίσεις Οι τρείς κατηγορίες ήλων και η ικανότητα τους όσον αφορά την ανάληψη φορτίων και την αντοχή σε μεγάλες παραμορφώσεις.
D bolts Ο ήλος «D bolt» είναι ένας νέος τύπος υποστήριξης που απορροφά ενέργεια και επινοήθηκε το 2006. Δημιουργήθηκε για να εμποδίσουν την πιθανότητα έκρηξης βράχου (rock burst) σε σκληρά πετρώματα ή τις μεγάλες συνθλίψεις (squeezing) σε πετρώματα μαλακά και ασθενή. Ο ήλος αυτού του τύπου φέρει πολλαπλά σημεία αγκύρωσης.
Αστοχία Όλοι οι άλλοι ήλοι ενεργειακής απορρόφησης αγκυρώνονται σε δύο σημεία εντός του διατρήματος. Στους ήλους D το σύστημα πολλαπλών σημείων αγκύρωσης είναι αρκετά αξιόπιστο, καθώς αν αστοχήσει ένα τμήμα του ήλου δεν επηρεάζεται αρνητικά η ενίσχυση του πετρώματος που προσφέρουν τα υπόλοιπα τμήματα. ράβδος B500C
Φόρτιση Οι πλάκες στήριξης έχει παρατηρηθεί πως υπερφορτίζονται και για να αποφευχθεί κάτι τέτοιο το πρώτο σημείο αγκύρωσης βρίσκεται πολύ κοντά στην πλάκα και έτσι ο ήλος αναλαμβάνει ένα μεγάλο ποσοστό της εδαφικής πίεσης που διαφορετικά θα μεταφερόταν στην πλάκα. Επί τόπου δοκιμές έδειξαν πως οι ήλοι D φορτίζονται ισομερώς σε κάθε τμήμα τους και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. 47
(4) Κατασκευαστικά θέματα 48
Έλεγχος των ήλων Τύπος Διαστελλομένου άκρου Πλήρους συγκόλλησης Συρματόσχοινα Βλήτρα τριβής Έλεγχος : Ε, Υ, Ρ, Κ : Ε, Υ, Η : Ε,Υ : Ε, Υ, Μ Ε=Εξόλκευση, Ρ=Ροπή στρέψης Κ=Κελί φορτίου,υ=υπερδιάτρηση Η=Ηλεκτρονική μη καταστροφική δοκιμή Μ=Έμμεση μη καταστροφική δοκιμή 49
Κατασκευαστικές οδηγίες USCE (1980) Μέγεθος Γενικά Θόλος Τοιχώματα Ελάχιστο μήκος ήλων L min : >2s; >3t e (s: απόσταση ήλων t e :πάχος κρίσιμων ασταθών όγκων) Θόλος S<6m=>L min >0.5S 6m<S<18m=> L min >3m+(S-6m) 0.125 18m<S<30m=>L min >0.25S Μέγιστη απόσταση μεταξύ ήλων s max : Απαιτούμε νη πίεση περιορισμού p i : s<0.5l, <1.5w e, <2m, s>0.9-1.2m w e : πλάτος κρίσιμων ασταθών όγκων (S: πλάτος υπόγειου ανοίγματος) h<6m=>l min >0.5h; 6m<h<18m=> L min =3m+(h-6m) 0.05 18m<h=>L min >0.2h (h: ύψος υπόγειου ανοίγματος) Διασταυρώσεις p iδ =2p i p i >0.2 γ S >40kPa, p i >0.1 γ h >40kPa 50
Απαίτηση για ηλώσεις σύμφωνα με τους Hoek et al (1995) 51
Ήλωση κατακερματισμένου πετρώματος 52